Legierter .Stahl. Vorliegende Erfindung betrifft einen zu martensitischem Gefüge härtbaren, legierten Stahl, der besonders zur Herstellung von kor rosionsbeständigen, gehärteten Gegenständen, und zwar besonders Werkzeugen mit Spit zen oder Schneiden, geeignet ist.
Die bekannten zu martensitischem Gefüge härtbaren, rostbeständigen Chromstähle sind im allgemeinen auf einer Legierungsbasis aufgebaut, deren Zusammensetzung etwa innerhalb der folgenden Grenzen liegt: Kohlenstoff 0,20-2,50 Chrom 8-22 Eisen maximal etwa 90 Der Chromgehalt dieser Stähle wird je doch mit Rücksicht auf die Korrosionsbestän digkeit nach unten hin meist etwa durch 12% begrenzt. Bei geringeren Anforderun gen an die Korrosionsbeständigkeit können auch etwas niedrigere Chromgehalte vorkom men.
Nach oben hin wird der Chromgehalt mit Rücksicht auf die Härtbarkeit der Stähle meist auf etwa 20 % begrenzt.
Der für verschiedene Verwendungsgebiete zweckmässigste Kohlenstoffgehalt wird im grossen und ganzen durch die angestrebte maximale Härtungshärte und durch die ge wünschten Eigenschaften der Schneide des Werkzeuges bestimmt. Die maximal mögliche Härtungshärte steigt mit zunehmendem Koh lenstoffgehalt, gleichzeitig nehmen aber auch die Formgebungs- und BearbeitungsscUwie- rigkeiten in warmem und kaltem Zustande zu.
Soll der Stahl zur Herstellung von Ge genständen mit dünner, schneidender Schneide mit praktisch verwendbarer Dauerhaftigkeit verwendet werden, so ist ein Kohlenstoff gehalt von wenigstens 0,50%, zweckmässig mindestens <B>0,70%</B> erforderlich. Wird der Kohlenstoffgehalt erhöht; so erhält man im allgemeinen bessere Schneidwirkung, aber mit Rücksicht auf die Möglichkeit, den Stahl durch Kaltwalzen und Kaltziehen zu bearbeiten, und auf die Schwierigkeiten, die Karbide in den erforderlichen feinverteilten Zustand zu bringen, kann kaum ein höherer Kohlenstoffgehalt als etwa 1,357o zu diesem Zwecke in Frage kommen.
Die bessere Schneidwirkung, die bei erhöhtem Kohlen stoffgehalt erzielt wird, erklärt sich durch die erhöhte 3#,fenge an harten und gegen Ab nutzung widerstandsfähigen Karbiden. Mit erhöhtem Karbidgehalt wird aber die Kor rosionsbeständigkeit des Stahls im allgemei nen verschlechtert, und zwar dadurch, dass der Chromgehalt der Karbide so hoch ist, dass der Chromgehalt der Grundmasse sinkt.
Gemäss bekannten Gleichgewichtsdiagram men über das Legierungssystem Eisen- Chrom-Kohlenstoff (vergl. z. B. Arch. Eisen hüttenwes. 9, 607-617, 1935;'36) können innerhalb des hier in Frage kommenden Kon zentrationsgebietes zwei Karbide vorkommen, und zwar trigonales Karbid (Cr,Fe);C., und kubisches Karbid (Cr,Fe)"C oder wahrschein lich richtiger (Cr,Fe)"C,;
. Bei Temperaturen über etwa 800 kann bei Gleichgewielit nur das trigonale Karbid vorkommen, während bei Temperaturen unter etwa<B>800'</B> nebst dem trigonalen auch das kubische Karbid auftritt.
Im allgemeinen kann der Schluss gezogen werden, dass für einen und denselben Kohlen stoffgehalt eine 1,6- bis 1,8mal so grosse Ge wichtsmenge Karbid erhalten wird, wenn diese in kubischer Phase vorliegen, als wenn sie in trigonaler Phase vorliegen. Anderseits kann das kubische Karbid durch seine grö ssere ITenge zur Folge haben, dass für einen bestimmten Chromgehalt des Stahls die Grundmasse chromarmer wird mit daraus folgender Gefahr einer schlechteren Korro- sionsbeständigkeit.
Es wurde nun gefunden, dass die Karbide wenigstens zum überwiegenden Teile in kubi scher Phase erhalten werden können, wenn ein Chromstahl, der 0,<B>2</B>0 bis 1,35 % Kohlen stoff und 10 bis 22 % Chrom enthält, noch mit einer Legierungskombination von Molyb- dän (oder Wolfram), Kobalt und Kupfer ver setzt wird. Der Stahl gemäss der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, dass er 0.20 bis 1,35 ö Kohlenstoff, 10 bis ?? o' Chrom, weniger als 0,65 % Mangan, 0,20 bis 5 % Ko balt, 0,20 bis 5 % Kupfer und 0,20 bis 5 mindestens eines weiteren Metalles der 6. Gruppe des periodischen Systems der Ele mente enthält.
Ausgeführte Versuche haben gezeigt, dass die Korrosionsbeständigkeit eines gemäss der Erfindung legierten Stahls nicht verschlech tert, sondern im Gegenteil verbessert wird, und zwar sowohl in ausgeglühtem wie vor allem in gehärtetem Zustande.
Ausser dein Vorteil der verbesserten Kor rosionsbeständigkeit durch den kombinierten Legierungszusatz wird der Vorteil einer grö sseren Karbidmenge für einen gegebenen Koh lenstoffgehalt und damit eine grössere Härte und erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Ab nutzung in gehärtetem Zustande erzielt. Ausserdem hat es sich herausgestellt, dass das unter diesen Umständen auftretende kubische Karbid in Zusammenhang mit der Form gebung des Materials leichter in feinverteilter Form erhalten werden kann.
Diese doppelte Wirkung durch einen kombinierten Zusatz von Molybdän, Kobalt und Kupfer ist an sich überraschend, da ein mässiger Zusatz eines dieser Stoffe allein keine praktisch wahrnehmbare Abweichung vom Gleichgewichtsdiagramme für Eisen-Chrom- Kohlenstoff herbeiführt.
Da die Chromkarbide gegen chemische Angriffe besonders widerstandsfähig sind, so erhält man dieselben als ungelösten Rück stand, wenn der ausgeglühte Stahl z. B. in verdünnter Salzsäure gelöst wird. Diese Auf lösung wird zweckmässig in einer Kohlen säureatmosphäre ausgeführt, um die Gefahr einer Oxydation der Karbide durch den Luft sauerstoff zri beseitigen. Als Ergebnis einer grossen Anzahl ausgeführter Versuche hat es sich herausgestellt, dass für einen Chromstahl mit etwa 1 % Kohlenstoff und<B>13</B> bis 14 % Cr, aber ohne andere absichtliche Legierungs zusätze, die Menge der Karbide 7 bis 8 % des Gewichtes des Stahls beträgt.
Ein weiterer Legierungszusatz von mässigen Mengen 31an- gan, Kobalt oder Kupfer ändert nicht nennenswert die Menge der Karbide. Eine gewisse Erhöhung der Karbidmenge wird da gegen durch Zusatz von Wolfram oder Molyb- dän erzielt. Macht man aber gemäss der vor liegenden Erfindung einen kombinierten Le gierungszusatz von Molybdän, Kobalt und Kupfer, z.
B. etwa 1 % von jedem Stoffe, so steigt die Karbidmenge des Stahls auf' 18 bis 19 %. Diese Erhöhung des Karbidgehaltes ist an sich überraschend, da Kobalt oder Kupfer je für sich die K.arbidmenge nicht erhöht.
Eine röntgenographische Untersuchung der Karbidrücksfände hat folgendes Ergebnis gegeben. In einem Chromstahle dieses Typs ohne besondere Legierungszusätze bestanden die Karbide aus annähernd gleichen Teilen trigonales Karbid und kubisches Karbid, also in Übereinstimmung mit den Forderungen des Gleichgewichtsdiagrammes. Die Karbid rüekstände aus einem mit der Legierungs kombination Molybdän-Kobalt-Kupfer ver setzten Chromstahle bestanden dagegen,
wie es sich herausstellte, praktisch ausschliesslich aus kubischem Karbid, obgleich dieser Stahl während langer Zeit bei etwa<B>860'</B> geglüht worden war, d. h. in einem Temperatur bereiche, wo gemäss den bekannten Gleich gewichtsdiagrammen nur das trigonale Kar bid hätte vorkommen sollen.
Die grosse Korrosionsbeständigkeit, wel che ein solcher mit Molybdän-gobalt-Kupfer legierter Stahl aufweist, dürfte zum Teil durch die Analyse erklärt werden können, welche die Karbidrückstände aufweisen:
EMI0003.0037
% <SEP> C <SEP> / <SEP> Fe <SEP> /o <SEP> Cr
<tb> Karbide <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Chromstahl
<tb> mit <SEP> MO-Co-CU-Zusatz <SEP> 5,64 <SEP> 40,7 <SEP> 47,3
<tb> Karbide <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Chromstahl
<tb> ohne <SEP> besondere <SEP> Legierungsstoffe <SEP> 8,20 <SEP> 26,5 <SEP> 63,4 Der beträchtlich höhere Eisengehalt und der niedrigere Chromgehalt der Karbide des gemäss der Erfindung legierten Stahls dürf ten einen geringeren elektrolytischen Poten tialunterschied zwischen Karbid und Grund masse herbeiführen als bei dem einfachen Chromstahle.
Die Analyse des ursprüng lichen Stahls war in diesem Beispiele:
EMI0003.0040
Kohlenstoff <SEP> 1,02
<tb> Mangan <SEP> 0,41
<tb> Silizium <SEP> 0,19
<tb> Chrom <SEP> 12,9
<tb> Molybdän <SEP> 0,95
<tb> Kobalt <SEP> 1,49
<tb> Kupfer <SEP> 1,00 Die Analyse der garbidrückstände für diesen Stahl entspricht der Formel (Cr,Fe,Mn,Mo,Co)22.44C" . d. h. einem Werte, der mit Rücksicht auf die mögliche Genauigkeit der theoretischen For mel (Cr,Fe)"C6 des kubischen Karbides ausserordentlich gut entspricht und der ausser dem mit den Ergebnissen der röntgenogra- phischen Untersuchung übereinstimmt.
Es sei erwähnt, dass der Kupferzusatz sowohl für die beträchtlich erhöhte Beständigkeit gegen Korrosion wie für das Auftreten des ge wünschten kubischen Karbides von wesent licher Bedeutung zu sein scheint.
Was den Mangangehalt anbetrifft, sei er wähnt, dass dieser bei einem Stahle gemäss der vorliegenden Erfindung niedriger als 0,65 % sein soll, da hierdurch bei der hier vorliegenden Legierungskombination grössere optimale Härtungshärte erhalten werden kann als bei höherem Mangangehalt.
Eine zur Herstellung von gehärteten feineren Schneidwerkzeugen, wie Rasierklin gen und chirurgische Instrumente, besonders geeignete Stahllegierung gemäss der Erfin dung enthält:
EMI0003.0054
Kohlenstoff <SEP> 0,70--1,35
<tb> Chrom <SEP> 10-18
<tb> Molybdän <SEP> oder <SEP> Wolfram <SEP> 0,20-2%
<tb> Kobalt <SEP> 0,20-2
<tb> Kupfer <SEP> 0,20-2 Für besondere Verwendungsgebiete kann es wünschenswert sein, die mechanischen und andern Eigenschaften der Legierung etwas zu modifizieren durch Zusatz von weiteren Legierungsstoffen über den kombinierten Zusatz von Molybdän, Kobalt und Kupfer hinaus.
Der Stahl nach der Erfindung kann somit noch 0,05% übersteigende Gehalte an einem oder mehreren der folgenden Legie- rungselemente enthalten: Beryllium, Bor, Aluminium. Titan, Vanadin, Arsen, Selen, Zirkonium, Niob, Zinn, Antimon, Tantal.